(57)【要約】【課題】  コンパクトな構造のＬＥＤ面光源装置を提供する。【解決手段】  本発明のＬＥＤ面光源装置１は、水平な上側出射面６ａと傾斜した下側面６ｃとによって構成されたくさび形の断面を備え一列に連続配置された複数枚の導光板６と、各導光板の厚い側の端面に沿って配置される複数のＬＥＤアレイ光源２と、各導光板の厚い側の端面と各ＬＥＤアレイ光源との間に配置され、各ＬＥＤアレイ光源を構成するＬＥＤ光源から発せられた波長が異なる単色光を混合しながら各導光板の厚い側の端面に導く単色光混合部材４とを備え、単色光混合部材が、上側出射面に直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分４ｂを含み、ＬＥＤアレイ光源が導光板の厚い側の端面から上下方向にオフセットした位置に配置されていることを特徴とする。【選択図】      図１
2006269364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平な上側出射面と傾斜した下側面とによって構成されたくさび形の断面を備え一列に連続配置された複数枚の導光板と、
前記各導光板の厚い側の端面に沿って配置される複数のＬＥＤアレイ光源と、
前記各導光板の厚い側の端面と前記各ＬＥＤアレイ光源との間に配置され、前記各ＬＥＤアレイ光源を構成するＬＥＤ光源から発せられた波長が異なる単色光を混合しながら前記各導光板の厚い側の端面に導く単色光混合部材とを備え、
該単色光混合部材が、前記上側出射面に直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分を含み、
前記ＬＥＤアレイ光源が前記導光板の厚い側の端面から上下方向にオフセットした位置に配置されている、
ことを特徴とするＬＥＤ面光源装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤアレイ光源の各々は、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤと、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤと、青色の単色光を発する青色ＬＥＤと、を含む
請求項１に記載のＬＥＤ面光源装置。
【請求項３】
前記単色光混合部材が、前記ＬＥＤアレイ光源側に位置し前記導光板の上側出射面と直交する方向に延びる入射部分と、前記導光板側に位置し前記上側出射面に直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分を構成する出射部分とを、備えている、
請求項１または２に記載のＬＥＤ面光源装置。
【請求項４】
前記傾斜部分は、一端が前記ＬＥＤアレイ光源に対向して配置され、他端が前記導光板の厚い側の端面に接続されている、
請求項１または２に記載のＬＥＤ面光源装置。
【請求項５】
前記単色光混合部材が、前記ＬＥＤアレイ光源側に位置し前記導光板の上側出射面と平行に延びる入射部分と、前記導光板側に位置し前記上側出射面に直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分を構成する出射部分とを、備えている、
請求項１または２に記載のＬＥＤ面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ面光源装置に関し、詳細には、異なる波長の単色光を出射する複数のＬＥＤ（発光ダイオード）からの単色光を混合し白色光として使用するＬＥＤ面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネル等のディスプレイパネルの照明用面光源装置として、光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたＬＥＤ面光源装置が知られている。このようなＬＥＤ面光源装置には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の単色光を発する３種類のＬＥＤをセットにして用い、各ＬＥＤから発せられる単色光をミキシングすることによって白色光を作り出すタイプ（以下、「ＲＧＢ−ＬＥＤ面光源装置」と呼ぶ。）のものがある。
【０００３】
このようなＲＧＢ−ＬＥＤ面光源装置としては、高出力のＬＥＤを導光板の端面に対向させてアレイ状に配列してＬＥＤからの光を導光板の端面に入射させるエッジライト方式、高出力のＬＥＤを拡散板の直下に二次元に配列し拡散板によって光を拡散させる直下方式等がある。また、くさび形の導光板を一列に連続して配置し、その各くさび導光板の間に線状光源を配置した薄型の大型面光源も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１２９１６号公報
【０００５】
本発明は、このような従来技術に基づいてなされたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＲＧＢ−ＬＥＤ面光源装置は、３種類の単色光をミキシングして白色光を得る面光源装置であるので、単色光をミキシングするために単色光源であるＬＥＤの下流側に所定長のミキシング距離を確保する必要がある。
【０００７】
このため、エッジライト方式では、ミキシング距離を確保するためＬＥＤアレイ光源を導光板の端面ら外方に離して配置することが必要となり、ディスプレイの額縁の幅が広くなってしまうとともに、ディスプレイの中心まで光が届きにくくなり、比較的大型のディスプレイに適さないという問題が生じる。
【０００８】
一方、直下方式では、ミキシング距離を確保するためにＬＥＤアレイ光源が拡散板から後方に離されて配置されるため、ディスプレイが厚くなってしまうという問題が生じている。チップタイプのＬＥＤ中には、非常に小さなパッケージの中に封止されたものや、１つのパッケージの中に赤・青・緑のＬＥＤが一括封止されたものが実存し、直列に繋いだ導光板の端面の一部から光入射可能であるが、許容される駆動電流が小さく実際の大型の面光源装置としては使用できない。大型の面光源に採用できるような高駆動電流タイプのＬＥＤを使用し、十分なミキシング距離を確保することは難しい。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、コンパクトな構造のＬＥＤ面光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、水平な上側出射面と傾斜した下側面とによって構成されたくさび形の断面を備え一列に連続配置された複数枚の導光板と、前記各導光板の厚い側の端面に沿って配置される複数のＬＥＤアレイ光源と、前記各導光板の厚い側の端面と前記各ＬＥＤアレイ光源との間に配置され、前記各ＬＥＤアレイ光源を構成するＬＥＤ光源から発せられた波長が異なる単色光を混合しながら前記各導光板の厚い側の端面に導く単色光混合部材とを備え、該単色光混合部材が、前記上側出射面に直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分を含み、前記ＬＥＤアレイ光源が前記導光板の厚い側の端面から上下方向にオフセットした位置に配置されていることを特徴とするＬＥＤ面光源装置が提供される。
【００１１】
このような構成によれば、単色光混合部材が傾斜部分を含んでいるので、ＬＥＤアレイ光源と導光板の厚い側の端面との距離より長いミキシング距離をとるので、ＬＥＤ面光源装置の厚さを抑制しつつ、長いミキシング距離を確保することができる。また、単色混合部材に拡散剤を均一分散させることによりミキシングを増進させることもできる。
【００１２】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＬＥＤアレイ光源の各々は、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤと、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤと、青色の単色光を発する青色ＬＥＤと、を含む。
【００１３】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記単色光混合部材が、前記ＬＥＤアレイ光源側に位置し前記導光板の上側出射面と直交する方向に延びる入射部分と、前記導光板側に位置し前記上側出射面に直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分を構成する出射部分とを、備えている。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記傾斜部分は、一端が前記ＬＥＤアレイ光源に対向して配置され、他端が前記導光板の厚い側の端面に接続されている。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記単色光混合部材が、前記ＬＥＤアレイ光源側に位置し前記導光板の上側出射面と平行に延びる入射部分と、前記導光板側に位置し前記上側出射面に直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分を構成する出射部分とを、備えている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＬＥＤ面光源装置によれば、コンパクトな構造のＬＥＤ面光源装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明のＬＥＤ面光源装置の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のＬＥＤ面光源装置１の概略的な断面図である。図１に示すように、ＬＥＤ面光源装置１は、同一形態の複数の面光源装置ユニット１ａ，１ｂ，１ｃが連続して配置された、いわゆるタンデム型の構成を備えている。
【００１８】
各面光源装置ユニット１ａ，１ｂ，１ｃは、１列に配置された上面出射タイプ（発光面に垂直な方向に光出射するタイプで、レンズをつけコリメートするものを含む）のＬＥＤを用いたＬＥＤアレイ光源２を備えている。また、各ＬＥＤ光源は、複数の赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤ２ａ、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤ２ｂ、青色の単色光を発する青色ＬＥＤ２ｃによって構成されている。従って、本実施例のＬＥＤ面光源装置１は、ＲＧＢ−ＬＥＤ面光源装置である。
【００１９】
各面光源装置ユニット１ａ，１ｂ，１ｃは、さらに、単色光混合部材４と、導光板６とを備えている。単色光混合部材４は、ＬＥＤアレイ光源２を構成する赤色ＬＥＤ２ａ、緑色ＬＥＤ２ｂ、青色ＬＥＤ２ｃからの波長が異なる単色光を混合しながら導光板６に導く機能を備えている。
【００２０】
導光板６は、水平に配置された上側出射面６ａと、上側出射面６ａに対して傾斜した下側面６ｂとを備えた「くさび形」の断面形状を有している。導光板６の厚い側の側端面６ｃは、上側出射面６ａと直交する方向に対して傾斜し配置されている。単色混合部材４を介してこの厚い側の側端面６ｃに沿ってＬＥＤアレイ光源２の列が配置されている。
導光板６の下側面６ｂには、図１のＸ方向に延びる三角柱のプリズムが並列配置されたプリズム部８が形成され、プリズム部８の下方には、銀蒸着反射或いは白色拡散反射板１０が配置されている。
【００２１】
導光板６の上側出射面６ａは、エッチングやブラスト処理等により、金型に微細な凹凸形状を有するマットに加工し、射出成形によりマット１２を転写している。このマット１２の平均的な傾斜角は２〜６°程度であり、その角度に対応するＺ方向に延びる三角注プリズムを形成することでも可能である。マット１２の上方には、プリズムシート１４が配置されている。プリズムシート１４は、下側面に、図１のＺ方向に延びる三角柱のプリズムが並列配置されている。
【００２２】
本実施形態における導光体６の出射面６ａに形成されるマット面は、平均傾斜角θａが０．５〜２０度の範囲とすることが、出射面６ａ内での輝度の均斉度を図る点から好ましい。この平均傾斜角θａは、さらに好ましくは１〜１５度の範囲であり、より好ましくは１．５〜１２度の範囲である。これは、マット面の平均傾斜角θａが０．５度より小さくなると導光体６から出射する光量が少なくなり十分な輝度が得られなくなる傾向にあり、平均傾斜角θａが１５度より大きくなると端面近傍で多量の光が出射して、出射面３２内でのＸ方向における出射光の減衰が著しくなり、出射面６ａでの輝度の均斉度が低下する傾向にあるためである。
このように導光体６の平均傾斜角θａを０．５〜２０度とすることにより、出射面から出射する光の出射光光度分布（ＸＺ面内）におけるピーク光の角度が光出射面の法線に対し５０〜８０度の範囲にあり、半値全幅が１０〜４０度であるような指向性の高い出射特性の光を導光体６から出射させることができ、その出射方向をプリズムシート１４で効率的に偏向させることができ、高い輝度を有する面光源装置を提供することができる。
【００２３】
ここで、平均傾斜角θａは、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４に従って、触針式表面粗さ計を用いて粗面形状を測定し、測定方向の座標をｘとして、得られた傾斜関数ｆ（ｘ）から次の式（１）および式（２）
Δａ＝（１／Ｌ）∫0L｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ  ・・・  （１）
θａ＝ｔａｎ-1（Δａ）                            ・・・  （２）
を用いて求めることができる。なお、Ｌは測定長さであり、Δａは平均傾斜角θａの正接である。
なお、このようなマット面に変えて上記平均傾斜角θａの範囲内であれば、Ｚ方向に延びる多数のレンズ列を形成したレンズ面としてもよい。この場合、形成するレンズ列として、プリズム列、レンチキュラーレンズ列、Ｖ字状溝等が挙げられる。
また、導光体６の下面６ｂに形成されるプリズム列は、導光体６からの出射光のＹＺ面での指向性を制御するものであり、その頂角を８５〜１１０度の範囲とすることが好ましい。これは、頂角をこの範囲とすることによって導光体６からの出射光を適度に集光させることができ、面状光源装置としての輝度の向上を図ることができるためであり、より好ましくは９０〜１００度の範囲である。
【００２４】
本実施形態においては多数のプリズム列を形成したプリズム面としたが、プリズム列以外のレンチキュラーレンズ列、Ｖ字状溝等のレンズ列をＸ方向に延びるようにして形成したものでもよい。また、プリズム列等の頂部あるいは谷部を平坦あるいは曲面に形成してもよい。
さらに、本実施形態では、出射面６ａにマット面を、下面６ｂにプリズム面を形成しているが、これとは逆に、出射面６ａにプリズム面を形成し、下面６ｂをマット面とするものであってもよい。
【００２５】
さらに、導光体６に微量の拡散剤を分散させたり、６ｂ面にＸＺ平面内の導光板６の出射量を均一化するための機構として凹凸をつけ、さらに導光板６の上に拡散フィルムおよび上側面にＺ方向に延びる三角柱のプリズムが並列配置されているプリズムシートを配置した形であっても良い。
【００２６】
単色光混合部材４は、ＬＥＤアレイ光源２側に位置し導光板６の上側出射面６ａと直交する方向に延びる入射部分４ａと、導光板６側に位置し導光板６の上側出射面６ａに直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分（出射部分）４ｂとを備えている。
単色光混合部材４の入射部分４ａの端面４ｃは、導光板６の上側出射面６ａと平行に配置され、この端面４ｃに対向して、ＬＥＤアレイ光源２が配置されている。
単色光混合部材４の出射部分４ｂの端面４ｄは、導光板６の厚い側の端面６ｃと光学的に密着させられている。ここで、「光学的に密着」とは、光透過性を有する物体どうしがその間に空気層を形成することなく密着している状態をいう。
この結果、ＬＥＤアレイ光源２は、導光板６の厚い側の端面６ｃから上下方向にオフセットした位置に配置されている。
【００２７】
単色光混合部材４の側面４ｅには、反射材として銀蒸着反射フィルムまたは白色拡散反射フィルム１６が配置されている。
【００２８】
単色光混合部材４及び導光板６は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の透明樹脂で形成されている。また、導光板６は、本実施形態では、上面６ａの長さＬ＝１５０ｍｍ、最大厚さｄ１＝２．２ｍｍ、最小厚さｄ２＝０．７ｍｍに設定されているが、これに限定されるものではない。単色光混合部材４の４ｃ面の幅は、ＬＥＤ光源のレンズ形状と単色光混合部材までの距離に依存するが、５．０ｍｍに設定されている。
【００２９】
単色光混合部材４および/または導光板６には拡散剤を含有させ、内部を透過する光を拡散させてミキシングを増進させる構成としてもよい。さらに、単色光混合部材４の入射部分４ａの端面４ｃおよび出射部分４ｂの端面４ｄを、マットやプリズム状に加工した構成でもよい。
【００３０】
次に、第１実施形態によるＬＥＤ面光源装置１の作用について説明する。
図１に矢印で示すように各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃの発光部３から上方に向かって出射した単色光は、単色光混合部材４の入射部分４ａの端面4ｃから単色光混合部材４に入射する。単色光混合部材４に入射した単色光は、反射フィルム１６によって反射され単色光混合部材４内を伝搬しながらミキシングされて白色光となる。
【００３１】
白色光は、単色光混合部材４の出射部分４ｂの端面４ｄから導光板６の厚い側の端面６ｃを通って導光板６に入射し、導光板６の内部を伝搬する。この白色光は、導光板６の下側６ｂに形成されたプリズム８やその下方に設けられた反射板１０によって反射され、導光板６の上側出射面６ａ方向に偏向され、マット１２の傾斜で臨界角を越えた光は、上側出射面６ａから出射する。プリズムシート１４によって、上側出射面６ａに直交する方向に偏向される。
【００３２】
上述した本実施形態のＬＥＤ面光源装置１によれば、単色光を混合（ミキシング）して白色光とする単色光混合部材が、導光板６の上側出射面６ａに直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分（出射部分）４ｂを備えている。すなわち、単色光混合部材の一部が、面光源装置の厚さ方向に対して傾斜して配置されているので、ＬＥＤアレイ光源２が前記導光板の厚い側の端面から上下方向にオフセットした位置に配置でき、パッケージの大きな高出力ＬＥＤを使用し、白色を作るに十分な長いミキシング長を取ることが可能となる。従って、ＬＥＤ面光源装置の厚さを抑制することができる。
【００３３】
また、各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃから発光された各単色光は、単色光混合部材４で効率よく混合させられて白色光となるので、色むらが少なく、純度の高い白色光を導光板６の上側出射面６ａから全体から均一に出射させることができる。
【００３４】
つぎに、本発明の第２実施形態によるＬＥＤ面光源装置を説明する。
図２は、本発明の第２実施形態のＬＥＤ面光源装置２０の構成を示す概略的な断面図である。図２に示されているように、第２実施形態のＬＥＤ面光源装置２０は、第１実施形態のＬＥＤ面光源装置１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図２では、図１と同一の部分については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３５】
第２実施形態のＬＥＤ面光源装置２０と第１実施態様のＬＥＤ面光源装置１との相違は、ＬＥＤアレイ光源２からの光の出射方向および単色光混合部材の形状である。
図２に示すように、ＬＥＤ面光源装置２０では、第１実施形態のＬＥＤ面光源装置１で使用した上面出射タイプ（発光面に垂直な方向に光出射するタイプで、レンズをつけコリメートするものを含む）のＬＥＤを用いたＬＥＤアレイ光源２に代えて、側方出射タイプのＬＥＤ（発光面に水平な方向に光出射するタイプ）を用いたＬＥＤアレイ光源２２が使用されている。
【００３６】
また、ＬＥＤ面光源装置２０では、台形状の断面形状を有する単色光混合部材２４が使用されている。ＬＥＤ面光源装置２０では、単色光混合部材２４が導光板６の上側出射面６ａに直交する方向に対して傾斜して延びるように配置されている。また、台形状の単色光混合部材２４は、下底２４ａがＬＥＤアレイ光源２２に対向して配置され、上底２４ｂが導光板６の厚い側の端面６ｃに光学的に密着させられている。
【００３７】
各ＬＥＤアレイ光源２２は、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤ２２ａ、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤ２２ｂ、青色の単色光を発する青色ＬＥＤ２２ｃから構成されている。各ＬＥＤアレイ光源２２の発光部２３は、図２に矢印で示すように、側方に向けて（発光面に水平な方向に）単色光を出射するようなレンズ設計のＬＥＤモジュールを使用している。
各ＬＥＤアレイ光源２２は、導光板６の上側出射面６ａに直交する方向に対して傾いて配置された単色光混合部材２４の下底２４ｂに、出射した単色光が略垂直方向から入射するように傾斜して配置されている（図２）。また、ＬＥＤアレイ光源２２の背面および上面には反射板２５が配置されている。
この結果、ＬＥＤアレイ光源２２の列は、導光板６の厚い側の端面６ｃから上下方向にオフセットした位置に配置される。
【００３８】
上述した本実施形態のＬＥＤ面光源装置２０によれば、単色光を混合（ミキシング）して白色光とする単色光混合部材が、導光板６の上側出射面６ａに直交する方向に対して傾いて延びているので、ＬＥＤアレイ光源２が前記導光板の厚い側の端面から上下方向にオフセットした位置に配置でき、パッケージの大きな高出力ＬＥＤを使用し、白色を作るに十分な長いミキシング長を取ることが可能となる。従って、ＬＥＤ面光源装置の厚さを抑制することができる。
【００３９】
つぎに、本発明の第３実施形態によるＬＥＤ面光源装置を説明する。
図３は、本発明の第３実施形態のＬＥＤ面光源装置３０の構成を示す概略的な断面図である。図３に示されているように、第３実施形態のＬＥＤ面光源装置３０は、第１のＬＥＤ面光源装置１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図３では、図１と同一の部分については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４０】
第３実施形態のＬＥＤ面光源装置３０と第１実施態様のＬＥＤ面光源装置１との相違は、ＬＥＤアレイ光源の方向と単色光混合部材の形状である。
図３に示すように、ＬＥＤ面光源装置２０の単色光混合部材３４は、ＬＥＤアレイ光源側に位置し導光板６の上側出射面６ａと平行に延びる入射部分３４ａと、導光板６側に位置し上側出射面６ａに直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分（出射部分）３４ｂとを備えている。
【００４１】
また、ＬＥＤアレイ光源３２としては、第１実施形態と同様の上面出射タイプ（発光面に垂直な方向に光出射するタイプで、レンズをつけコリメートするものを含む）ＬＥＤを用いたＬＥＤアレイ光源３２が使用されている。ＬＥＤアレイ光源３２は、構成する各ＬＥＤの発光部３３からＬＥＤの上方に向かって出射した単色光が、上側出射面６ａに直交する方向に延びる入射部分３４の端面３４ｃに垂直に入射するように、９０度倒した状態に配置されている。さらに、単色光混合部材３４は、導光板６の上側出射面６ａに直交する方向に対して傾いて延びる傾斜部分（出射部分）３４ｂを備えている。この結果、ＬＥＤアレイ光源３２の列は、導光板６の厚い側の端面６ｃから上下方向にオフセットした位置に配置されている。
【００４２】
すなわち、単色光混合部材の一部が、面光源装置の厚さ方向に対して傾斜して配置されているので、ＬＥＤアレイ光源２が前記導光板の厚い側の端面から上下方向にオフセットした位置に配置でき、パッケージの大きな高出力ＬＥＤを使用し、白色を作るに十分な長いミキシング長を取ることが可能となる。従って、ＬＥＤ面光源装置の厚さを抑制することができる。
【００４３】
本発明の上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態によるＬＥＤ面光源装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態のＬＥＤ面光源装置を示す、図１と同様の概略断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態のＬＥＤ面光源装置を示す、図１と同様の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，２０，３０  ＬＥＤ面光源装置
２，２２，３２  ＬＥＤアレイ光源
４，２４，３４  単色光混合部材
６  導光板
８  プリズム
１０  反射板
１２  マット
１４  プリズムシート
１６  銀蒸着フィルムまたは白色拡散反射フィルム
２５  ＬＥＤ光源反射板
【図１】
2006269364.tif 000003
【図２】
2006269364.tif 000004
【図３】
2006269364.tif 000005